Логотип

Приёмная:

Cлужба продаж:

 

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.  

 

8 (495) 212-19-59

8 (495) 215-10-84

Путь на сайте

Банер

Усовершенствование конструкции обмотки электродвигателей установок УЭЦН нефтедобычи

Усовершенствование конструкции обмотки электродвигателей установок

УЭЦН нефтедобычи

Ю.А. Зеленецкий, Генеральный директор ОАО «Завод Микропровод»

Из журнала «Кабели и провода», №5 (379), 2019

            Существенную долю технологии нефтедобычи занимает откачка скважинной жидкости погружными центробежными насосами. Для привода центробежных насосов, в основном, применяются асинхронные электродвигатели. В последнее время получают применение в качестве привода вентильные электродвигатели. Вентильные электродвигатели имеют ряд преимуществ перед асинхронными. В частности, они имеют значительно более высокий коэффициент полезного действия (КПД), достигающий 91 % с высокой его стабильностью в случае снижении нагрузки на валу. КПД асинхронных электродвигателей не превышает 82 %, при этом снижение нагрузки на валу приводит к снижению КПД до 60 %. Основным фактором, сдерживающим расширение области применения вентильных электродвигателей в нефтедобыче, является их высокая стоимость.

При изготовлении электродвигателей привода погружных центробежных насосов нефтедобычи применяются обмоточные провода с изоляцией из полиимидно-фторопластовой плёнки. Полиимидно-фторопластовая плёнка представляет собой полиимидную плёнку, на которую нанесён слой фторполимера. В составе данной конструкции полиимидная плёнка несёт основные эксплуатационные нагрузки. Фторопластовое покрытие служит для склейки слоёв плёнки в монолит в процессе выполнения технологических операций и для обеспечения заданных свойств при дальнейшей эксплуатации провода.

            ОАО «Завод «Микропровод» с ноября 2017 года изготавливает новый обмоточный провод марки ПЭКПи-250 ТУ 3591-001-11783531–2013 для нефтепогружных электродвигателей. Провод имеет полиимидную изоляцию, которая наносится на токопроводящую жилу из жидкой фазы путём многослойного нанесения покрытия. Количество слоёв полиимидной изоляции значительно больше, чем у провода с плёночной полиимидно-фторопластовой изоляцией. Толщина единичного слоя полиимидной изоляции значительно меньше толщины полиимидно-фторопластовой плёнки.

Такая конструкция электроизоляционного покрытия имеет следующие преимущества:

·         отсутствие фторопластового компонента (фторопласт имеет пробивную напряжённость около 25 кВ/мм, а по данным завода пробивная напряжённость полиимидной плёнки достигает 200 кВ/мм);

·         применяемые фторполимеры термопластичны и при достижении определённой температуры теряют механическую прочность, что может привести к расслоению электрической изоляции. Полиимидное покрытие термореактивно; деструкция полимера происходит при температуре около 500 °С. Это обеспечивает высокую надёжность полиимидного покрытия при кратковременных перегревах обмотки в случае работы электродвигателя с перегрузкой или в режиме короткого замыкания;

·         высокая пробивная напряжённость полиимидной изоляции, изготовленной методом нанесения из жидкой фазы, даёт возможность снижения толщины электроизоляционного покрытия на проводе при сохранении эксплуатационных характеристик.

В таблице 1 представлены сравнительные характеристики проводов марки ППИ-У и ПЭКПи-250.

Таблица 1

 

Технические характеристики

 

ППИ-У

ПЭКПи-250

(норма)

ПЭКПи-250

(факт)

Номинальный диаметр жилы, мм

2,00

2,00

2,00

Номинальный диаметр провода, мм

2,46

2,20

2,20

Пробивное напряжение, кВ

12,0

12,0

до 20,0

Электрическое сопротивление изоляции, мОм

200

200

более 1000

Испытание на проход, кВ

8.0

8,0

8,0

Механическая нагрузка. Двойные ходы иглы

125–150

125–150

более 1000

Эластичность

3d

3d

1d

Снижение толщины электроизоляционного покрытия на проводе марки ПЭКПи-250 позволяет усовершенствовать конструкцию обмотки электродвигателя. Усовершенствование возможно в нижеприведённых вариантах.

1. Без изменения конструктивных элементов и диаметра жилы провода, в пазу электродвигателя размещается большее количество витков. Увеличение возможно до 12 %.

2. За счёт снижения толщины электрической изоляции на 0,26 мм, снижается диаметр провода, что позволяет увеличить диаметр жилы. То есть вместо провода диаметром 2,00 мм в пазу возможно разместить провод диаметром 2,26 мм. Это позволяет на 27,7 % увеличить количество меди в пазу электродвигателя при сохранении количества витков, предусмотренного конструкторской документацией.

            Такие усовершенствования открывают широкие возможности для улучшения параметров электродвигателя. В зависимости от текущих задач возможны следующие решения.

1. Увеличение мощности электродвигателя в прежних габаритах.

2. Снижение габаритов при сохранении заданной мощности.

3. Повышение КПД электродвигателя при сохранении величины рабочего тока.

4. Комбинированный из первых трёх вариант.

Повышение КПД достигается за счёт двух факторов.

1. За счёт увеличения площади сечения меди при сохранении номинального значения тока, предусмотренного конструкторской документацией, можно снизить плотность тока.

2. Наличие в пазу большего объёма меди ведёт к снижению объёма электроизоляции. Температура обмотки определяется мощностью теплового потока, направленного от центра обмотки на наружную поверхность электродвигателя. Теплопроводность меди равна 3,85 Вт/см°С, что значительно выше теплопроводности изоляционного полимера, составляющей около 0,0025 Вт/см°С. Соответственно, тепловое сопротивление обмотки снижается, что приводит к снижению температуры нагрева обмотки.

Воздействие описанных факторов снижает величину активного сопротивления меди, и, как следствие, снижаются активные потери.

В таблице 2 показаны сравнительные результаты применения обозначенных принципов после усовершенствования конструкции вентильных двигателей. Данные взяты из открытого доступа.

Таблица 2

Тип электродвигателя

Мощность, кВт

КПД, %

Длина, мм

Вентильный электродвигатель с обмоточным проводом марки ПЭКПи-250

42

91,5

1934

70

92,9

2694

120

92,4

3834

Вентильный электродвигатель с обмоточным проводом марки ППИ-У

 

40

90,9

2314

70

91,7

3454

120

91,7

5354

Асинхронный электродвигатель с обмоточным проводом марки ППИ-У

40

84,5

4655

70

84,5

5795

110

83,0

7695

            Из табл. 2 следует, что КПД вентильного электродвигателя с проводом марки    ПЭКПи-250 на величину от 0,4 до 1 % превышает КПД электродвигателя с проводом марки ППИ-У и на 10 % выше КПД асинхронного электродвигателя с этим же проводом.

Длина вентильных электродвигателей с проводом ПЭКПи-250 на величину от 16,4 до 28 % меньше, чем у аналогичного электродвигателя с проводом ППИ-У, и на 50–58 % меньше длины асинхронного электродвигателя. Снижение габаритов вентильного электродвигателя позволяет приблизить себестоимость его изготовления к себестоимости асинхронного электродвигателя и тем самым существенно снизить влияние высокой цены вентильного электродвигателя на динамику продвижения его на рынок. Кроме того, снижение габаритов улучшает потребительские свойства вентильного электродвигателя в случае применения в скважинах малого диаметра.